Принципы и способы перехода к сберегающему земледелию

Переход на ресурсосберегающие технологии необходимо осуществлять последовательно и планомерно в переходный период (3-4 года), в течение которого постепенно проявляются преимущества сберегающего земледелия. В этот период происходят положительные изменения биологических, агрохимических, агрофизических и других свойств почвы, начинает повышаться продуктивность культур.

Установлено, что минимальная обработка и прямой посев в сочетании с рациональным применением систем удобрений и пестицидов, использованием правильных севооборотов могут применяться в различных агроклиматических зонах. Практически все виды почв различного механического состава пригодны для освоения минимальных и нулевых систем обработки. Даже на малогумусных и плохо дренированных глинистых почвах при внедрении сберегающих технологий в течение 3-4 лет после отказа от плуга происходит постепенное улучшение физических и биологических свойств почвы.

При удалении и избежании уплотнения почвы, создании и сохранении достаточно большой и стабильной системы пор за счет соответствующих обработок и севооборотов все почвы сельскохозяйственного назначения могут с успехом обрабатываться без плуга.

В засушливых условиях минимальная обработка и прямой посев за счет более высокого содержания почвенной влаги, а также лучшей защиты от эрозии являются наиболее пригодными.

В прохладных и влагообеспеченных районах с плохо дренированными почвами или в регионах с высоким уровнем грунтовых вод ограничивающим урожай фактором выступает недостаток кислорода в почве. Кроме того, медленное согревание почвы весной в этих регионах приводит к замедленной полевой всхожести и более медленному развитию растений. В подобных условиях для успешной реализации минимальной обработки и прямого посева необходимы стабильная структура и достаточная аэрация почвы (за счет пронизывающей сверху вниз системы крупных пор), которые предотвращают застойное переувлажнение. Такие свойства почва приобретает благодаря деятельности дождевых червей, увеличение популяции которых происходит при внедрении сберегающих технологий.

Перед переходом на сберегающие технологии необходимо провести ряд организационных и агротехнических мероприятий.

При проектировании ресурсосберегающей системы земледелия для конкретных хозяйств необходимо осуществить объективную оценку территорий на основе картографических материалов, отражающих ландшафтную дифференциацию условий земледелия.

Для оценки агроландшафтов на сегодня имеются современные дистанционные методы, важной особенностью которых является получение непрерывной информации об изучаемой территории и отдельных ее частях или объектах на основе геоинформационных систем (ГИС).

Инструментарий ГИС-технологий используется для построения тематических карт, что позволяет эффективно контролировать ход механизированных работ. Внедрение геоинформационных систем (ГИС) как одного из основных средств сбора, обработки, передачи, отображения и документирования пространственно распределенной информации о состоянии исследуемого сельскохозяйственного объекта позволяет повысить эффективность менеджмента сельскохозяйственных предприятий. Синтезируя в едином; фотообразе все природные компоненты и природные территориальные комплексы (геосистемы) разной степени морфологической сложности космические снимки дают наиболее объективный материал для ландшафтных исследований.

Спутниковые снимки позволяют изучить не одно какое-либо географическое явление, а все стороны природного или культурного ландшафта. Внедрение космических методов съемки позволяет получать принципиально новые сведения о структурном плане и динамики развития овражно-балочной сети, выявлять земли потенциально подверженных водной эрозии и что особенно важно познавать закономерности проявления эрозионных процессов.

Для получения качественных космических снимков с высокой степенью разрешения в последнее время в России в народнохозяйственных целях введен в эксплуатацию искусственный спутник земли (ИСЗ) «Ресурс-Ф», обеспечивающий синхронное многозональное и разномасштабное фотографирование земной поверхности. Черно-белая съемка в трех зонах видимой и ближней инфракрасной (ИК) областей спектра, а также спектрозональная съемка осуществляются в масштабах 1:1000000 и 1:200000 с пространственным разрешением снимков соответственно 30 и 10 м. К этой же категории ресурсных спутников относятся французский спутник типа «СПОРТ» и индийский спутник «IRS». Разрешающая способность спутникового снимка 20 метров, площадь охватываемой территории 140 кв. км. Спутниковый снимок мультиспектральный, то есть позволяет видеть растения в естественных тонах и инфракрасном изображении с длиной волны примерно 600-700 нм.

Использование новейших методов исследования агроландшафтов к которым относятся спутниковые снимки несомненно позволит расширить агроэкологическую оценку земельных ресурсов для совершенствования производства сельскохозяйственной продукции на основе ресурсо- и влагосберегающих технологий.

Для управления различными пространственными данными и изображениями необходимо программное обеспечение, возможно использование таких программных комплексов как «Field Manager» «Аgго View» и «SSTools» '.

Основные функциональные особенности программы «Field Manager» состоят в осуществлении основной навигации, усилении навигации, позиционированиекарт урожайности, картографирование внесения материалов, осмотр состояния культур, отбор образцов почвы, отображение карт. Данная программа комплектуется с полевым компьютером AgGPS 170 и дает возможность анализировать снимок в трехмерном изображении, а значит, планировать и осуществлять механизированные работы с учетом всех объективных особенностей ландшафта территорий.

Спутниковая навигационная система GPS (Глобальная позиционная система) или Глобальная система позиционирования, представляет собой созвездие из 24 спутников и сети наземных станций слежения и управления.

Система GPS работает при любых погодных условиях по всему миру 24 часа в сутки. С ее помощью можно с высокой степенью точности определять координаты и скорость подвижных объектов. За пользование услугами системы GPS не взимается ни абонентская плата, ни плата за подключение. Все, что нужно для пользования системой GPS - это приобрести GPS -приемник.

Спутники GPS вращаются вокруг Земли по круговым орбитам с частотой 2 оборота в сутки, передавая навигационные радиосигналы. GPS -приемники принимают эти сигналы и вычисляют местоположение методом триангуляции. Приемник сравнивает время излучения сигнала со временем приема этого сигнала. Разность между этими величинами позволяет вычислить расстояние до спутника. Зная расстояние до нескольких спутников, GPS -приемник может определить свое местоположение и отобразить его на электронной карте.

Принимая информацию, по крайней мере, от трех спутников, GPS -приемник может определить двухмерные координаты пользователя (широту и долготу). "Захватив" четыре и более спутника, прибор может определить трехмерные координаты (широту, долготу и высоту). Определив местоположение пользователя, приемник может вычислить такие величины как скорость, путевой угол, траекторию, пройденное расстояние, расстояние до конечного пункта и многое другое.

Полевой компьютер AgGPS 170 с программным обеспечением «Field Manager» имеет помимо функции навигации и картографирования, возможности изменения дозировок внесения расходных материалов и отбора образцов почвы, оснащен компактной карточкой памяти и адаптером РСМСIА, СD с программой АгсЕхр1огег, имеет автоматическую активацию функции многопроходной редукции Еуегеst, а также функции быстрого обновления Данных при использовании приемника AgGPS.

В качестве примера рассмотрим спутниковый снимок ЗАО «Самара-Солана» (приложение Спутниковый снимок ЗАО «Самара-Солана»). Все сельскохозяйственные угодья на снимке распределены по цветовой гамме от ^темно-синего до ярко-красного. Темно-синий цвет является показателем Недостатка питательных веществ в почве, неравномерного развития сельскохозяйственных культур, ярко-красный цвет показывает здоровые растения ^и нормальное состояние почвы.

По рисунку видно, что одним из проблемных полей является поле №3. Высеваемая культура - ячмень. Общая площадь поля составляет 85 га.

До проведения анализа с помощью программы «Agro View» планировалось внесение карбамида на всю площадь поля в количестве 5950 кг (при норме 70 кг/га). Результаты проведенного анализа показали, что на большей площади поля, количество питательных веществ соответствовало норме. Калийные удобрения требовалось внести только в проблемных зонах общей площадью 14 га. В итоге, экономия затрат на минеральные удобрения за счет внесения только на проблемные участки составила 61% от ранее планируемых затрат при внесении на все поля.

Наряду с использованием ГИС технологий многие операции в частности картирование полей необходимо делать с применением системы глобального позиционирования (GPS). Система GPS позволяет работать круглосуточно, оборудование, используемое в рамках системы, имеет весьма широкие возможности и может использоваться не только при картировании, но при культивации, посеве и уборке урожая, внесении удобрений и обработки посевов средствами защиты растений.

Картирование полей позволяет уточнить площади и структуру сельскохозяйственных угодий; при этом созданные карты полей используются при дальнейших работах непосредственно на поле и при проведении анализа.

GPS -прибор для осуществления картографирования устанавливается на автомобиль повышенной проходимости, который осуществляет объезд по периметру полей. Приемники вычисляют положение объекта, осуществляющего картирование, с периодом менее одной секунды и обеспечивают точность при работе в дифференциальном режиме измерений от нескольких дециметров до 5 метров. GPS приемники имеют функции вычисления скорости и направления движения, что дает возможность решать навигационные задачи. Из приемника вся информация перенаправляется в накопитель данных, а по окончании работ обрабатывается на автономном персональном компьютере. Итогом картирования является электронная карта, показывающая реальные площади полей в хозяйстве.

Картирование полей при помощи программы АgGPS EZ - Мар позволяет получить наиболее точные данные о границах полей и их площади(точность измерения 10-30 см.). Создание электронных карт полей происходит при помощи
GPS -приемника и подключенного к нему полевого компьютера с программой, позволяющей создавать карты сельскохозяйственных угодий. Производительность работы оборудования составляет около 3000 га за смену.

При проведении исследований с помощью навигационного приемника глобальной системы позиционирования и соответствующего программного обеспечения создаются планы полей, почвенные и агрохимические карты, базы данных о сорняках, заболеваниях растений, вредителей, планов урожайности различных участков полей. Производится оценка непродуктивных участков поля, наличие камней, оврагов, лесных посадок, линий электропередач, водоразделов и других сложившихся особенностей территорий.

Существует несколько вариантов оборудования для работы в системе GPS, стоимость их варьирует от 4600 до 11000 долларов США, при этом инвестиции в прибор окупаются за один - два года в зависимости от стоимости используемого прибора.

После оценки агроландшафтов и картирования полей следует собрать и оценить информацию для создания топографических планов полей, почвенных и агрохимических карт, это позволит дифференцированно подходить к внесению удобрений в соответствии с состоянием почв и ее плодородием.

При построении топографических карт полей при помощи навигационного приемника глобальной системы позиционирования (GPS) и соответствующего программного обеспечения поле разбивают на клетки (ячейки), определяются места взятия почвенных образцов. При помощи автоматического пробоотборника производится отбор почв и их анализ - при помощи мобильной лаборатории. Полученные результаты агрохимического состава почв используются для составления карт плодородия почв. Использование пробоотборника совместно с навигационной системой GPS позволяет получить детальную карту распределения питательных веществ.

Пробоотборник Fritzmeier позволяет производить отбор проб почв для лабораторного анализа с глубины от 0 до 900 мм, без перемешивания соседних слоев. Рабочий орган представляет собой бур диаметром от 8 до 10 мм. Пробоотборник имеет гидравлический привод, соединяющийся с гидросистемой трактора или автономным гидравлическим агрегатом. Трехточечная навеска и дополнительный комплект крепления позволяет использовать в качестве носителя трактор или вездеход. Автоматический приемник проб обеспечивает максимально простое и быстрое выполнение работ. Все действия по отбору почв выполняются одним работником непосредственно из кабины транспортного средства. Заявленная производительность пробоотборника 5 га в час, фактически по результатам опыта она может варьировать от 4 до 7 га в час.

Мобильная почвенная лаборатория Рп1гте1ег полностью подготовлена к определению содержания азота, аммиака а также показателя кислотности рН в почве и компосте, в воде и жидкостях, в удобрениях. Инструменты и тесты, входящие в состав лаборатории, позволяют в короткое время определить сколько килограммов минерального азота содержится на гектаре поля в заданном слое почвы в форме нитратов и аммиака. Таким образом, это позволяет определять потребность в удобрениях в оптимальном для усвоения растениями виде. Это позволит защитить окружающую среду от загрязнения и уменьшить затраты на удобрения. Изучение верхнего слоя почвы (0-30 см) на содержания азота занимает приблизительно 15 минут, включая отбор пробы и зависит от типа почвы. Анализ производится автоматически рефлектометрическим методом.

Для обработки и анализа данных, полученных в результате полевых проб, используют современные информационные сельскохозяйственные системы Управления, например, программу «SSTools». Эта программа позволяет составлять и импортировать карты полей сельскохозяйственных культур. Это современная компьютерная технология составления карт сельскохозяйственных Угодий и их анализа, при работе с которой используются снимки высокого Разрешения. Данная программа позволяет руководителям и специалистам предприятий получить необходимую информацию для принятия обоснованных управленческих решений.

Функционально программа «SSTools» позволяет решить целый ряд задач:

• составление и ведение цифровых карт полей сельскохозяйственного назначения;

• создание базы данных по истории полей для определения оптимального севооборота;

• определение состояния плодородия почвы и всхожести культур, более рациональное использование минеральных удобрений и средств защиты растений;

• усовершенствование прогнозирования развития культур;

• определение площади водной эрозии;

• предоставление сведений, хранящихся в базе данных в табличном виде, составление карт и вывод их на печать;

• оценка рисков и уточнение страховых платежей.

Программа «SSTools» на основе данных спутниковых снимков в комплексе с агрохимическим анализом почвы и другими методами позволяет получить достоверные данные о состоянии почв на всех полях хозяйства, составлять и вести цифровые карты полей, уточнить площадь полей, спрогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур, определить почвы, потенциально подверженные эрозии, уточнить объемы внесения минеральных удобрений и средств защиты растений.

По результатам агрохимического анализа проблемных участков полей минеральные удобрения вносятся до оптимального уровня, при необходимости проводится известкование и гипсование почвы.

После подготовительного периода следует последовательно и планомерно в течение 5-ти летнего периода осуществлять переход на ресурсосберегающие технологии. При освоении ресурсосберегающих технологий с применением СР8-оборудования необходимо предварительно осуществить выравнивание поверхности поля и разрушение плужной подошвы глубокорыхлителями, чизельными плугами или с помощью специально подобранного севооборота, включающих например, такие культуры как рапс, горчица и дайкон.

Культивация применяющейся при минимальной обработке почвы и осуществляется комбинированными культиваторами марки Смарагд Пегасус с GPS-оборудованием.

Особое значение в системе сберегающего земледелия имеет севооборот, так как многие проблемы - засоренность, распространение вредителей и болезней можно решить путем чередования сельскохозяйственных культур. Важно включать в севооборот культуры, повышающие почвенное плодородие. Использование в севообороте бобовых культур позволит сэкономить значительное количество азотных удобрений, а культур с глубоко проникающими в землю корнями - снять проблему плужной подошвы, сформировавшейся при традиционной технологии, и улучшить структуру почвы без механических обработок.

Важная роль отводится выбору сортов сельскохозяйственных культур и семенному материалу. При работе по ресурсосберегающим технологиям сорта должны быть адаптированными к местным климатическим условиям, устойчивыми к болезням, а семена обязательно качественными, в противном случае теряется смысл применения сберегающих технологий.

После составления севооборота весьма важно определить состав техники и определить производственных затрат на возделывание культур посредствам расчета технологических карт. Для оперативного планирования и учета затрат на сельскохозяйственном предприятии можно использовать автоматизированную систему управления «Агроменеджер» («Евротехника GPS»), которая позволяет:

- формировать и планировать производственные затраты;

- рассчитывать основные финансовые показатели;

- определять влияние различных агрономических мероприятий на себестоимость продукции, урожайность и качество урожая;

- осуществлять сбор достоверной статистической информации.

На основе разработанных и утвержденных технологических карт возделывания" сельскохозяйственных культур определяется необходимая техника и ее количество для проведения полевых работ в оптимальные агротехнические сроки.

Составной частью переходного периода является работа с кадрами: специалистами, механизаторами, обслуживающего персонала, то есть обучение основам новых технологий, работе на новой технике, организации труда и дисциплины. Очень важно донести до трудового коллектива правильное понимание того, что такое ресурсосберегающие технологии. Это не упрощение традиционных технологий, это технологии, требующие высокой дисциплины и творческого подхода. Пренебрежение одной технологической операцией или некачественное ее выполнение может значительно снизить эффективность работы всего коллектива или даже погубить все результаты.

Сельскохозяйственные предприятия во многих странах уже несколько десятилетий пользуются преимуществами новых информационных технологии в аграрном производстве, которые позволяют усовершенствовать процесс принятия решений и повысить экономическую эффективность сельскохозяйственных операций. Степень и скорость изменений разработки информационных технологий открыли путь значительному изменению менеджмента растениеводства и принятия сельскохозяйственных решений.

Как мы уже отмечали, навигационные системы являются примерами Успешного внедрения новых технологий в хозяйствах. При посеве, уходе за посевами и уборке, на каждом этапе технологической цепочки имеется возможность применения точного земледелия.

Для осуществления посева большое значение имеет использование системы глобального позиционирования и GPS -оборудования. Так использование приборов параллельного вождения позволяет производить посев круглые сутки, ^Что дает возможность значительно сократить агротехнические сроки выполнения посева.

Особенно важно использование GPS -оборудования в процессе ухода за растениями, так как позволяет дифференцированное подходить к внесению удобрений, исключает возможность зон перекрытий или пропусков при опрыскивании посевов. Это увеличивает потенциальную урожайность, дает возможность экономить топливо, рационально использовать средства защиты растений, минеральные удобрения и другие расходные материалы; обеспечивает большую производительность сельскохозяйственных работ за счет снижения времени выполнения работ; снижает утомление тракториста при работе на механизированном агрегате.

При подкормке растений азотными удобрениями используется система Mihi Veg. Свет от лазера поглощается листьями и вызывает флуоресценцию (переизлучение света) хлорофилла. Анализ этого специфического для каждого вида растений излучения, позволяет судить о снабжении растений азотом и соответственно о стрессовой ситуации. Благодаря новым принципам измерения и особенностям конструкции внешние помехи такие как солнечные лучи или облачность не оказывают влияние работу прибора.

Для мониторинга за состоянием посевов используется датчик растительности. Он измеряет интенсивность флуоресцентного света от листьев в красном и ближнем инфракрасном диапазоне. В результате анализа света получают информацию о концентрации хлорофилла, а по частоте сигнала можно определить относительную плотность растений. В зависимости от частоты импульсов сигнал может содержать информацию о состоянии растений.При посеве, внесении удобрений, опрыскивании посевов может использоваться система автоматического управления AgGPS EZ- Steer или система полностью автоматического вождения АgGPS Autopilote DGPS (или RТК). Применение GPS -оборудования при всех операциях по посеву и уходу за посевами способно увеличивать производительность агрегата в силу того, что операции могут осуществляться круглые сутки, также повышается качество работ благодаря снижению утомления механизатора в процессе работы.

В процессе уборки урожая важно осуществлять мониторинг урожайности при помощи специального оборудования, имеющего датчик урожайности.

Оборудование осуществляющее мониторинг урожайности состоит из контроллера PFadvahtage, датчика урожайности, датчика влажности и креплений. Контроллер предназначен для сбора обработки и отображения информации от различных датчиков и управления сельскохозяйственным агрегатом. Данные от датчиков отображаются на дисплее и одновременно записываются на съемную карту памяти для последующего переноса информации на офисный компьютер. Датчик урожайности определяет количество материала, проходящего через транспортер комбайна. Датчик влажности определяет влажность материала.

Создание карт урожайности культур, дает возможность определения зон с низкой урожайностью, а затем принимать решение по оптимальному способу обработки этих зон.Системный и планомерный переход от традиционных технологий к сберегающим технологиям поможет избежать неудач и обеспечит эффективное освоение новых технологий.

Лекция №10